CN110875619A - 二次电池保护装置、保护电路及其控制方法、电池组 - Google Patents

二次电池保护装置、保护电路及其控制方法、电池组 Download PDF

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Abstract

本发明提供二次电池保护装置、保护电路及其控制方法、电池组。防止NMOS晶体管意外动作。二次电池保护电路使用串联地插入二次电池的正极与连接于负载或者充电器的电源端子的正端子之间的电流路径的第一NMOS晶体管及第二NMOS晶体管来保护二次电池，二次电池保护电路具备：升压电路，生成利用栅极与充电控制端子连接的第一NMOS晶体管及栅极与放电控制端子连接的第二NMOS晶体管的各输入电容升压的控制电压；驱动电路，用控制电压使充电控制端子及放电控制端子的各输出状态成为高电平；检测电路，检测二次电池的状态，并输出检测状态及控制电路，使驱动电路基于检测状态从高电平、低电平及高阻抗的至少3个状态选择充电控制端子及放电控制端子的各输出状态。

Description

二次电池保护装置、保护电路及其控制方法、电池组
技术领域
本发明涉及二次电池保护电路、二次电池保护装置、电池组以及二次电池保护电路的控制方法。
背景技术
以往，公知有使用串联地插入二次电池的正极与连接于负载或者充电器的电源端子的正端子之间的电流路径的一对NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor：N沟道金属氧化物半导体)晶体管来保护二次电池的保护电路。这种保护电路具备有生成利用一对NMOS晶体管的各输入电容而升压的控制电压的升压电路(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005－318303号公报
然而，根据NMOS晶体管的输入电容所积蓄的电荷移动的时刻，存在NMOS晶体管进行意外动作的可能性。
发明内容
因此，本公开提供防止NMOS晶体管的意外动作的二次电池保护电路、二次电池保护装置、电池组以及二次电池保护电路的控制方法。
本公开提供一种二次电池保护电路，使用串联地插入二次电池的正极与连接于负载或者充电器的电源端子的正端子之间的电流路径的第一NMOS晶体管以及第二NMOS晶体管来保护上述二次电池，该二次电池保护电路具备：
充电控制端子；
放电控制端子；
升压电路，其生成利用栅极与上述充电控制端子连接的上述第一NMOS晶体管以及栅极与上述放电控制端子连接的上述第二NMOS晶体管的各输入电容而升压的控制电压；
驱动电路，其将上述控制电压供给到上述充电控制端子以及上述放电控制端子，使上述充电控制端子以及上述放电控制端子的各输出状态成为高电平；
检测电路，其检测上述二次电池的状态，并输出检测状态；以及
控制电路，其使上述驱动电路基于上述检测状态进行动作，以使上述驱动电路从高电平、低电平、以及高阻抗的至少3个状态选择上述充电控制端子以及上述放电控制端子的各输出状态。
另外，本公开提供一种二次电池保护装置，该二次电池保护装置具备：
第一NMOS晶体管，其被串联地插入二次电池的正极与连接于负载或者充电器的电源端子的正端子之间的电流路径；
第二NMOS晶体管，其被串联地插入上述电流路径；以及
二次电池保护电路，其使用上述第一NMOS晶体管以及上述第二NMOS晶体管来保护上述二次电池，
上述二次电池保护电路具备：
充电控制端子；
放电控制端子；
升压电路，其生成利用栅极与上述充电控制端子连接的上述第一NMOS晶体管以及栅极与上述放电控制端子连接的上述第二NMOS晶体管的各输入电容升压的控制电压；
驱动电路，其将上述控制电压供给到上述充电控制端子以及上述放电控制端子，使上述充电控制端子以及上述放电控制端子的各输出状态成为高电平；
检测电路，其检测上述二次电池的状态，并输出检测状态；以及
控制电路，其使上述驱动电路基于上述检测状态进行动作，以使上述驱动电路从高电平、低电平、以及高阻抗的至少3个状态选择上述充电控制端子以及上述放电控制端子的各输出状态。
另外，本公开提供一种电池组，该电池组具备：
二次电池；
第一NMOS晶体管，其被串联地插入上述二次电池的正极与连接于负载或者充电器的电源端子的正端子之间的电流路径；
第二NMOS晶体管，其被串联地插入上述电流路径；以及
二次电池保护电路，其使用上述第一NMOS晶体管以及上述第二NMOS晶体管来保护上述二次电池，
上述二次电池保护电路具备：
充电控制端子；
放电控制端子；
升压电路，其生成利用栅极与上述充电控制端子连接的上述第一NMOS晶体管以及栅极与上述放电控制端子连接的上述第二NMOS晶体管的各输入电容而升压的控制电压；
驱动电路，其将上述控制电压供给到上述充电控制端子以及上述放电控制端子，使上述充电控制端子以及上述放电控制端子的各输出状态成为高电平；
检测电路，其检测上述二次电池的状态，并输出检测状态；以及
控制电路，其使上述驱动电路基于上述检测状态进行动作，以使上述驱动电路从高电平、低电平、以及高阻抗的至少3个状态选择上述充电控制端子以及上述放电控制端子的各输出状态。
另外，本公开提供一种二次电池保护电路的控制方法，该二次电池保护电路使用串联地插入二次电池的正极与连接于负载或者充电器的电源端子的正端子之间的电流路径的第一NMOS晶体管以及第二NMOS晶体管来保护上述二次电池，上述二次电池保护电路具备：
充电控制端子；
放电控制端子；
升压电路，其生成利用栅极与上述充电控制端子连接的上述第一NMOS晶体管以及栅极与上述放电控制端子连接的上述第二NMOS晶体管的各输入电容而升压的控制电压；
驱动电路，其将上述控制电压供给到上述充电控制端子以及上述放电控制端子，使上述充电控制端子以及上述放电控制端子的各输出状态成为高电平；
检测电路，其检测上述二次电池的状态，并输出检测状态；以及
控制电路，其使上述驱动电路基于上述检测状态进行动作，以使上述驱动电路从高电平、低电平、以及高阻抗的至少3个状态选择上述充电控制端子以及上述放电控制端子的各输出状态。
发明效果
根据本公开的一个方式，能够防止NMOS晶体管的意外动作。
附图说明
图1是表示一比较方式的二次电池保护电路的构成的图。
图2是表示一比较方式的二次电池保护电路的动作的时序图。
图3是表示具备一实施方式的二次电池保护电路的电池组的构成的图。
图4是表示一实施方式的二次电池保护电路的动作的时序图。
图5是表示控制电路的构成的框图。
图6是详细地表示一实施方式的二次电池保护电路的动作的时序图。
图7是表示具备高阻抗时间的调整电路的控制电路的构成例的图。
图8是表示控制电路的构成的框图。
图9是表示驱动电路中的驱动缓冲器的第一构成例的图。
图10是表示驱动电路中的驱动缓冲器的第二构成例的图。
图11是表示图9、10所示的驱动缓冲器的真值表。
图12是表示驱动电路中的驱动缓冲器的第三构成例的图。
图13是表示图12所示的驱动缓冲器的真值表。
附图标记说明
1…充电控制晶体管(第一NMOS晶体管的一个例子)；2…放电控制晶体管(第二NMOS晶体管的一个例子)；3…开关电路；5…正端子；10…电池保护电路；13…接地端子；15…电源端子；18…监视端子；20…检测电路；30…电荷泵(升压电路的一个例子)；40…控制电路；50…驱动电路；70…二次电池；80…电池保护装置；100…电池组。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。首先，在对本发明的一实施方式的构成进行说明之前，对用于与本发明的一实施方式相比较的一比较方式的构成进行说明。
图1是表示一比较方式的二次电池保护电路的构成的图。图1所示的保护电路110使用串联地插入二次电池170的正极与连接于未图示的负载或者充电器的电源端子的正端子105之间的电流路径109a的一对NMOS晶体管，来保护二次电池170免受过放电等的影响。
二次电池170对与正端子105和负端子106连接的未图示的负载供给电力。另外，二次电池170能够由与正端子105和负端子106连接的未图示的充电器充电。
二次电池170的正极和正端子105通过正侧电流路径109a连接，二次电池170的负极和负端子106通过负侧电流路径109b连接。在正侧电流路径109a上串联地插入有开关电路103。
开关电路103例如具备栅极与COUT端子连接的充电控制晶体管101和栅极与DOUT端子连接的放电控制晶体管102。充电控制晶体管101和放电控制晶体管102均是NMOS晶体管。充电控制晶体管101具有寄生在栅极－源极间的输入电容101a和寄生在栅极－漏极间的输入电容101b。放电控制晶体管102具有寄生在栅极－源极间的输入电容102a和寄生在栅极－漏极间的输入电容102b。
保护电路110通过使充电控制晶体管101截止来保护二次电池170免受过充电等充电异常的影响，通过使放电控制晶体管102截止来保护二次电池170免受过放电等放电异常、短路异常的影响。保护电路110是具备检测电路120、电荷泵130、驱动电路150以及控制电路140的集成电路(IC)。
检测电路120监视VDD端子与VSS端子之间的电压即电源电压Vd。VDD端子与二次电池170的正极连接，VSS端子与二次电池170的负极连接，所以电源电压Vd与二次电池170的电池(cell)电压VBAT大致相等。因此，检测电路20能够通过监视电源电压Vd来检测二次电池170的电池电压VBAT。
检测电路120例如在检测到电源电压Vd比预定的过放电检测电压Vdet2低的情况下，输出表示检测到电源电压Vd比过放电检测电压Vdet2低的过放电检测信号。另外，检测电路120例如在检测到电源电压Vd比规定的过放电恢复电压Vrel2高的情况下，输出表示检测到电源电压Vd比过放电恢复电压Vrel2高的过放电恢复检测信号。过放电检出电压Vdet2是过放电检测用的阈值，过放电恢复电压Vrel2是过放电恢复检测用的阈值。过放电恢复电压Vrel2被设定为比过放电检测电压Vdet2高的电压值。
电荷泵130是生成利用充电控制晶体管101以及放电控制晶体管102的输入电容101a、101b、102a、102b作为电荷泵130的输出电容而升压的控制电压Vcp的升压电路。电荷泵130使电源电压Vd升压，生成电压值比电源电压Vd高的控制电压Vcp。电荷泵130具有公知的构成即可，例如具有专利文献1所公开的电路构成。
驱动电路150使用控制电压Vcp从COUT端子输出使充电控制晶体管101导通的信号，并且从DOUT端子输出使放电控制晶体管102导通的信号。驱动电路150将控制电压Vcp供给到COUT端子并使COUT端子的输出状态成为高电平。另一方面，驱动电路150将控制电压Vcp供给到DOUT端子使DOUT端子的输出状态成为高电平。
控制电路140在由检测电路120检测到二次电池170的过充电或者充电过电流的情况下，在经过规定的延迟时间后，使驱动电路150进行动作以使COUT端子的输出状态从高电平成为低电平。通过COUT端子的输出状态成为低电平，充电控制晶体管101截止，所以禁止了对二次电池170进行充电的方向的电流流过电流路径9a。由此，二次电池170的充电停止，能够保护二次电池170免受过充电或者充电过电流的影响。
另一方面，控制电路140在由检测电路120检测到二次电池170的过放电或者放电过电流的情况下，在经过规定的延迟时间后，使驱动电路150进行动作以使DOUT端子的输出状态从高电平成为低电平。通过DOUT端子的输出状态成为低电平，放电控制晶体管102截止，所以禁止了使二次电池170放电的方向的电流流过电流路径9a。由此，二次电池170的放电停止，能够保护二次电池170免受过放电或者放电过电流的影响。
图2是表示图1所示的保护电路110的动作的流程图。图2示出通过由检测电路120检测到二次电池170的过放电而二次电池170的放电停止，然后通过由检测电路120检测到二次电池170的从过放电的恢复而二次电池170的放电停止被解除的过程。
控制电路140在由检测电路120检测到比规定的过放电检测电压Vdet2低的电源电压Vd(≈电池电压VBAT)的情况下，判定从由检测电路120检测到该电源电压Vd开始是否经过了规定的过放电检测延迟时间tVdet2。控制电路140在比过放电检测电压Vdet2低的电源电压Vd被检测电路120持续检测直至经过放电检测延迟时间tVdet2为止的情况下，使驱动电路150进行动作以使DOUT端子的输出状态从高电平成为低电平。通过DOUT端子的输出状态在时刻t11后成为低电平，放电控制晶体管102从导通成为截止，所以二次电池170的放电停止。该情况下，控制电路140使驱动电路150动作，以使放电控制晶体管102的栅极与电荷泵130断开，且积蓄于放电控制晶体管102的输入电容102a、102b的电荷向接地端放电。
其后，控制电路140在由检测电路120检测到比规定的过放电恢复电压Vrel2高的电源电压Vd(≈电池电压VBAT)的情况下，判定从由检测电路120检测到该电源电压Vd开始是否经过了规定的过放电恢复延迟时间tVrel2。控制电路140在比过放电恢复电压Vrel2高的电源电压Vd被检测电路120持续检测直至经过过放电恢复延迟时间tVrel2为止的情况下，使驱动电路150进行动作以使DOUT端子的输出状态从低电平成为高电平。通过DOUT端子的输出状态在时刻t12后成为高电平，放电控制晶体管102从截止成为导通，所以二次电池170的放电停止被解除。该情况下，控制电路140使驱动电路150进行动作，以使放电控制晶体管102的栅极与电荷泵130重新连接，电荷以控制电压Vcp被充电到放电控制晶体管102的输入电容102a、102b。
然而，在时刻t12中，积蓄于充电控制晶体管101的输入电容101a、101b的电荷的一半瞬间移动到放电控制晶体管102的输入电容102a、102b。由此，COUT端子和DOUT端子的各电压以VSS端子基准瞬间与电源电压Vd大致相等。其结果，充电控制晶体管101的栅极－源极间的电压从电源电压Vd大致降低为零，所以充电控制晶体管101截止，在时刻t12充放电被瞬间禁止。换句话说，产生充电控制晶体管101的意外动作(瞬间的截止动作)。
图2示出在COUT端子为高电平的状态下DOUT端子的输出状态从低电平成为高电平时充电控制晶体管101产生的意外动作。然而，在DOUT端子为高电平时COUT端子的输出状态从低电平成为高电平时，放电控制晶体管102也能够产生相同的意外动作。
相对于此，图3所示的本发明的一实施方式的电池保护电路10具备从高电平、低电平、以及高阻抗的至少3个状态选择COUT端子以及DOUT端子的各输出状态的控制电路40。换句话说，电池保护电路10具备使COUT端子以及DOUT端子的各输出状态成为高阻抗的构成。通过使与一个NMOS晶体管的栅极连接的控制端子的输出状态成为高阻抗，能够防止积蓄于该一个NMOS晶体管的各输入电容的电荷移动到另一个NMOS晶体管的各输入电容。因此，能够防止该一个NMOS晶体管的意外动作(瞬间的截止动作)。
接下来，更详细地对本发明的一实施方式进行说明。
图3是表示一实施方式的电池组的构成的图。图3所示的电池组100内置地具备二次电池70和电池保护装置80。
二次电池70是能够充放电的电池的一个例子。二次电池70向与正端子5(P+端子)和负端子6(P－端子)连接的负载90供给电力。二次电池70能够被与正端子5和负端子6连接的充电器91充电。作为二次电池70的具体例子，举出了锂离子电池、锂聚合物电池等。电池组100既可以内置于负载90，也可以外部连接。
负载90是将电池组100的二次电池70作为电源的负载的一个例子。作为负载90的具体例子，举出了电动工具等电动机械、能够携带的便携式装置等电子设备。作为电子设备的具体例子，举出了移动电话、智能手机、计算机、游戏机、电视机、照相机等。负载90并不局限于这些设备。
电池保护装置80是使二次电池70作为电源动作的二次电池保护装置的一个例子，通过控制二次电池70的充放电来保护二次电池70免受过充电、过放电等的影响。电池保护装置80具备正端子5(P+端子)、负端子6(P－端子)、正极端子7(B+端子)、负极端子8(B－端子)、开关电路3、以及电池保护电路10。
正端子5是能够连接负载90或者充电器91的电源端子的端子的一个例子。负端子6是能够连接负载90或者充电器91的接地的端子的一个例子。正极端子7是用于将正侧电流路径9a与二次电池70的正极71连接的端子，负极端子8是用于将负侧电流路径9b与二次电池70的负极72连接的端子。
二次电池70的正极71和正端子5通过正侧电流路径9a连接，二次电池70的负极72和负端子6通过负侧电流路径9b连接。正侧电流路径9a是二次电池70的正极71与正端子5之间的充放电电流路径的一个例子，负侧电流路径9b是二次电池70的负极72与负端子6之间的充放电电流路径的一个例子。
开关电路3被串联地插入二次电池70的正极71与能够连接于负载90或者充电器91的电源端子的正端子5之间的正侧电流路径9a。
开关电路3例如具备充电控制晶体管1和放电控制晶体管2。充电控制晶体管1是断开二次电池70的充电路径的充电路径断开部的一个例子，放电控制晶体管2是断开二次电池70的放电路径的放电路径断开部的一个例子。在图1的情况下，充电控制晶体管1断开二次电池70的充电电流流过的电流路径9a，放电控制晶体管2断开二次电池70的放电电流流过的电流路径9a。晶体管1、2是切换电流路径9a的导通/断开的开关元件，被串联地插入电流路径9a。晶体管1、2例如是NMOS晶体管。
充电控制晶体管1具有寄生在栅极－源极间的输入电容1a和寄生在栅极－漏极间的输入电容1b。放电控制晶体管2具有寄生在栅极－源极间的输入电容2a和寄生在栅极－漏极间的输入电容2b。
电池保护电路10是二次电池保护电路的一个例子。电池保护电路10通过使开关电路3截止来进行二次电池70的保护动作。电池保护电路10是以二次电池70的正极71与负极72之间的电池电压(也称为“电池电压”)工作的集成电路(IC)。电池保护电路10例如具备充电控制端子11(COUT端子)、放电控制端子12(DOUT端子)、监视端子18(V+端子)、电源端子15(VDD端子)以及接地端子13(VSS端子)。
COUT端子与充电控制晶体管1的栅极连接，输出使充电控制晶体管1导通或者截止的信号。DOUT端子与放电控制晶体管2的栅极连接，输出使放电控制晶体管2导通或者截止的信号。
V+端子用于监视正端子5的电位，与正端子5连接。V+端子例如用于控制电路40监视负载90或者充电器91的连接的有无，在晶体管1、2与正端子5之间经由电阻14与正侧电流路径9a连接。
VDD端子是电池保护电路10的电源端子，与二次电池70的正极71以及正侧电流路径9a连接。VSS端子是电池保护电路10的接地端子，与二次电池70的负极72以及负侧电流路径9b连接。电阻4a与电容器16的串联电路以与二次电池70并联连接的方式连接在正侧电流路径9a与负侧电流路径9b之间。VDD端子连接于电阻4a与电容器16之间的连接点，所以能够抑制VDD端子中的电位的变动。
电池保护电路10通过使充电控制晶体管1截止，来保护二次电池70免受过充电等充电异常的影响，通过使放电控制晶体管2截止来保护二次电池70免受过放电等放电异常、短路异常的影响。电池保护电路10是具备检测电路20、电荷泵30、驱动电路50以及控制电路40的集成电路(IC)。
检测电路20检测二次电池70的状态，并输出其检测状态。检测电路20监视VDD端子与VSS端子之间的电压亦即电源电压Vd。VDD端子与二次电池70的正极71连接，VSS端子与二次电池70的负极72连接，所以电源电压Vd与二次电池70的电池电压VBAT大致相等。因此，检测电路20能够通过监视电源电压Vd，来检测二次电池70的电池电压VBAT。另外，检测电路20监视以VDD端子为基准电位的V+端子的电压亦即监视电压V+。
检测电路20在例如检测到比规定的过充电检测电压Vdet1高的电源电压Vd的情况下，输出表示检测到比过充电检测电压Vdet1高的电源电压Vd的过充电检测信号。另外，检测电路20在例如检测到比规定的过充电恢复电压Vrel1低的电源电压Vd的情况下，输出表示检测到比过充电恢复电压Vrel1低的电源电压Vd的过充电恢复检测信号。过充电检测电压Vdet1是过充电检测用的阈值，过充电恢复电压Vrel1是过充电恢复检测用的阈值。过充电恢复电压Vrel1被设定为比过充电检测电压Vdet1低的电压值。
检测电路20在例如检测到比规定的过放电检测电压Vdet2低的电源电压Vd的情况下，输出表示检测到比过放电检测电压Vdet2低的电源电压Vd的过放电检测信号。另外，检测电路20在例如检测到比规定的过放电恢复电压Vrel2高的电源电压Vd的情况下，输出表示检测到比过放电恢复电压Vrel2高的电源电压Vd的过放电恢复检测信号。过放电检测电压Vdet2是过放电检测用的阈值，过放电恢复电压Vrel2是过放电恢复检测用的阈值。过放电恢复电压Vrel2被设定为比过放电检测电压Vdet2高的电压值。
检测电路20在例如检测到比规定的放电过电流检测电压Vdet3低的监视电压V+的情况下，输出表示检测到比放电过电流检测电压Vdet3低的监视电压V+的放电过电流检测信号。另外，检测电路20在例如检测到比规定的放电过电流恢复电压Vrel3高的监视电压V+的情况下，输出表示检测到比放电过电流恢复电压Vrel3高的监视电压V+的放电过电流恢复检测信号。放电过电流检测电压Vdet3是放电过电流检测用的阈值，放电过电流恢复电压Vrel3是放电过电流恢复检测用的阈值。放电过电流恢复电压Vrel3被设定为比放电过电流检测电压Vdet3高的电压值。
检测电路20在例如检测到比规定的充电过电流检测电压Vdet4高的监视电压V+的情况下，输出表示检测到比充电过电流检测电压Vdet4高的监视电压V+的充电过电流检测信号。另外，检测电路20在例如检测到比规定的充电过电流恢复电压Vrel4低的监视电压V+的情况下，输出表示检测到比充电过电流恢复电压Vrel4低的监视电压V+的充电过电流恢复检测信号。充电过电流检测电压Vdet4是充电过电流检测用的阈值，充电过电流恢复电压Vrel4是充电过电流恢复检测用的阈值。充电过电流恢复电压Vrel4被设定为比充电过电流检测电压Vdet4低的电压值。
电荷泵30是生成利用充电控制晶体管1以及放电控制晶体管2的输入电容1a、1b、2a、2b作为电荷泵30的输出电容而升压的控制电压Vcp的升压电路。电荷泵30使电源电压Vd升压，生成电压值比电源电压Vd高的控制电压Vcp。电荷泵30具有公知的构成即可，例如具有专利文献1所公开的电路构成。电荷泵30通过例如反复将以电源电压Vd对快速电容器31进行了充电的电荷转送到输入电容1a、1b、2a、2b，来生成电源电压Vd的2倍的控制电压Vcp。快速电容器31既可以内置于电池保护电路10也可以外部连接。
驱动电路50使用控制电压Vcp，从COUT端子输出使充电控制晶体管1成为导通的信号，并且从DOUT端子输出使放电控制晶体管2成为导通的信号。驱动电路50将控制电压Vcp供给到COUT端子使COUT端子的输出状态成为高电平。另一方面，驱动电路150将控制电压Vcp供给到DOUT端子使DOUT端子的输出状态成为高电平。
控制电路140基于从检测电路20输出的二次电池70的检测状态，使驱动电路50进行动作，以使COUT端子以及DOUT端子的各输出状态成为高电平、低电平、以及高阻抗的任意一种。
控制电路40在由检测电路20检测到二次电池70的过充电或者充电过电流的情况下，在经过规定的延迟时间后，使驱动电路50进行动作，以使COUT端子的输出状态从高电平成为低电平。通过COUT端子的输出状态成为低电平，充电控制晶体管1截止，所以禁止了对二次电池70进行充电的方向的电流流过电流路径9a。由此，二次电池70的充电停止，能够保护二次电池70免受过充电或者充电过电流的影响。
另一方面，控制电路40在由检测电路20检测到二次电池70的过放电或者放电过电流的情况下，在经过规定的延迟时间后，使驱动电路50进行动作，以使DOUT端子的输出状态从高电平成为低电平。通过DOUT端子的输出状态成为低电平，放电控制晶体管2截止，所以禁止使二次电池70放电的方向的电流流过电流路径9a。由此，二次电池70的放电停止，能够保护二次电池70免受过放电或者放电过电流的影响。
控制电路40例如不使用CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)，而使用多个模拟逻辑电路形成。
图4是表示图3所示的电池保护电路10的动作的流程图。图4示出通过由检测电路20检测到二次电池70的过放电而二次电池70的放电停止到通过由检测电路20检测到二次电池70的从过放电的恢复而二次电池70的放电停止解除的过程。
控制电路40在由检测电路20检测到比规定的过放电检测电压Vdet2低的电源电压Vd(≈电池电压VBAT)的情况下，判定从由检测电路20检测到该电源电压Vd开始是否经过了规定的过放电检测延迟时间tVdet2。控制电路40在比过放电检测电压Vdet2低的电源电压Vd被检测电路20持续检测直至经过过放电检测延迟时间tVdet2为止的情况下，使驱动电路50进行动作，以使DOUT端子的输出状态从高电平成为低电平。由于DOUT端子的输出状态在时刻t1后成为低电平，放电控制晶体管2从导通成为截止，所以二次电池70的放电停止。该情况下，控制电路40使驱动电路50进行动作，以使放电控制晶体管2的栅极与电荷泵30断开，积蓄于放电控制晶体管2的输入电容2a、2b的电荷向接地端放电。
其后，控制电路40在由检测电路20检测到比规定的过放电恢复电压Vrel2高的电源电压Vd(≈电池电压VBAT)的情况下，判定从由检测电路20检测到该电源电压Vd开始是否经过了规定的过放电恢复延迟时间tVrel2。控制电路40在比过放电恢复电压Vrel2高的电源电压Vd被检测电路20持续检测直至经过过放电恢复延迟时间tVrel2为止的情况下，使驱动电路50进行动作，以使DOUT端子的输出状态从低电平成为高电平。通过DOUT端子的输出状态在时刻t2后成为高电平，放电控制晶体管2从截止成为导通，所以二次电池70的放电停止被解除。该情况下，控制电路40使驱动电路50进行动作，以使放电控制晶体管2的栅极与电荷泵30重新连接，电荷以控制电压Vp被充电到放电控制晶体管2的输入电容2a、2b。
这里，本实施方式的控制电路40在使DOUT端子的输出状态从低电平切换为高电平时(时刻t2)，使驱动电路50进行动作以使COUT端子的输出状态从高电平暂时切换为高阻抗。例如，控制电路40使驱动电路50进行动作，以使电荷从COUT端子向DOUT端子移动的内部路径被断开。通过使驱动电路50这样动作，能够禁止积蓄于充电控制晶体管1的输入电容1a、1b的电荷移动到放电控制晶体管102的输入电容2a、2b。
在COUT端子为暂时的高阻抗的状态下，COUT端子的高电平被充电控制晶体管1的输入电容1a、1b维持，所以充电控制晶体管1被维持在导通状态。换句话说，充电控制晶体管1的栅极－源极间的电压被维持在比充电控制晶体管1的阈值电压高的状态。在COUT端子为暂时的高阻抗的状态下，COUT端子的电压也由于充电控制晶体管1的栅极电流泄漏、COUT端子的端子电流泄漏而逐渐地降低。但是，在DOUT端子的电压上升到高电平的几毫秒期间，COUT端子的电压能够维持在高电平的状态即可。从将COUT端子的输出状态切换为高阻抗到返回高电平的时间(高阻抗时间tHiZ)既可以是固定值也可以是可变值。
图5是表示控制电路的构成的图。图5所示的控制电路40具备充电侧锁存电路41、放电侧锁存电路42、状态选择电路43、状态选择电路44、振荡器45、计数器46、47。驱动电路50具备用于切换COUT端子的输出状态的开关COSW1、COSW2、用于切换DOUT端子的输出状态的开关DOSW1、DOSW2。
VD1是表示检测电路20是否检测到二次电池70的过充电的信号，高电平表示检测状态，低电平表示非检测状态。计数器46通过对振荡器45输出的恒定周期的时钟信号进行计数，来判定经过过充电检测延迟时间tVdet1以及过充电恢复延迟时间tVrel1。在VD1从低电平切换为高电平后经过过充电检测延迟时间tVdet1后，充电侧锁存电路41将输出信号COLATCH从高电平切换为低电平。在VD1从高电平切换为低电平后经过过放电恢复迟延时间tVrel2后，充电侧锁存电路41将输出信号COLATCH从低电平切换为高电平。
VD1也可以是表示检测电路20是否检测到二次电池70的充电过电流的信号，高电平表示检测状态，低电平表示非检测状态。计数器46通过对振荡器45输出的恒定周期的时钟信号进行计数，来判定经过充电过电流检测延迟时间tVdet4以及充电过电流恢复延迟时间tVrel4。在VD1从低电平切换为高电平后经过充电过电流检出延迟时间tVdet4后，充电侧锁存电路41将输出信号COLATCH从高电平切换为低电平。在VD1从高电平切换为低电平后经过充电过电流恢复延迟时间tVrel4后，充电侧锁存电路41将输出信号COLATCH从低电平切换为高电平。
在输出信号COLATCH为高电平时，开关COSW1的输出电平如后述的图6那样是控制电压Vcp(高电平)。在输出信号COLATCH为低电平时，开关COSW1的输出电平为接地电压(低电平)。
计数器47通过对振荡器45输出的恒定周期的时钟信号进行计数，来判定经过从将DOUT端子的输出状态切换为高阻抗到返回高电平的时间(高阻抗时间tHiZ)。若输出信号COLATCH从低电平切换为高电平，则状态选择电路43将输出信号HiZDO从低电平切换为高电平，在经过高阻抗时间tHiZ后，将输出信号HiZDO从高电平切换为低电平。
在输出信号HiZDO为低电平时，如后述的图6那样开关DOSW2导通，开关DOSW1和DOUT端子连接。在输出信号HiZDO为高电平时，开关DOSW2截止，开关DOSW1和DOUT端子被断开。
VD2是表示检测电路20是否检测到二次电池70的过放电的信号，高电平表示检测状态，低电平表示非检测状态。计数器46通过对振荡器45输出的恒定周期的时钟信号进行计数，来判定经过过放电检测延迟时间tVdet2以及过放电恢复延迟时间tVrel2。在VD2从低电平切换为高电平后经过过放电检测延迟时间tVdet2后，放电侧锁存电路42将输出信号DOLATCH从高电平切换为低电平。在VD2从高电平切换为低电平后经过过放电恢复迟延时间tVrel2后，放电侧锁存电路42将输出信号DOLATCH从低电平切换为高电平。
VD2可以是表示检测电路20是否检测到二次电池70的放电过电流的信号，高电平表示检测状态，低电平表示非检测状态。计数器46通过对振荡器45输出的恒定周期的时钟信号进行计数，来判定经过放电过电流检出延迟时间tVdet3以及放电过电流恢复延迟时间tVrel3。在VD2从低电平切换为高电平后经过放电过电流检出延迟时间tVdet3后，放电侧锁存电路42将输出信号DOLATCH从高电平切换为低电平。在VD2从高电平切换为低电平后经过放电过电流恢复延迟时间tVrel3后，放电侧锁存电路42将输出信号DOLATCH从低电平切换为高电平。
在输出信号DOLATCH为高电平时，开关DOSW1的输出电平如后述的图6那样是控制电压Vcp(高电平)。输出信号DOLATCH为低电平时，开关DOSW1的输出电平如后述的图6那样是接地电压(低电平)。
计数器47通过对振荡器45输出的恒定周期的时钟信号进行计数，来判定经过从将COUT端子的输出状态切换为高阻抗到返回高电平的时间(高阻抗时间tHiZ)。若输出信号DOLATCH从低电平切换为高电平，则状态选择电路44将输出信号HiZCO从低电平切换为高电平，在经过高阻抗时间tHiZ后，将输出信号HiZCO从高电平切换为低电平。
在输出信号HiZCO为低电平时，如后述的图6那样开关COSW2导通，开关COSW1和COUT端子连接。在输出信号HiZCO为高电平时，如后述的图6那样开关COSW2截止，开关COSW1和COUT端子被断开。
图6是表示控制电路的动作例的图。图6示出从通过由检测电路20检测到二次电池70的过放电而二次电池70的放电停止到通过由检测电路20检测到二次电池70的从过放电的恢复而二次电池70的放电停止被解除的过程。参照图5对图6进行说明。
过放电检测延迟时间tVdet2以及过放电恢复延迟时间tVrel2由振荡器45和计数器46生成。计数器46通过对振荡器45输出的恒定周期的时钟信号进行计数，来判定经过过放电检测延迟时间tVdet2以及过放电恢复迟延时间tVrel2。
VD2是表示检测电路20是否检测到二次电池70的过放电的信号，高电平表示检测状态，低电平表示非检测状态。
在VD2从低电平切换为高电平后经过过放电检测延迟时间tVdet2后，输出信号DOLATCH从高电平切换为低电平。在VD2从高电平切换为低电平后经过过放电恢复延迟时间tVrel2过后，输出信号DOLATCH从低电平切换为高电平。
因为未检测到过充电或者充电过电流，所以输出信号COLATCH是高电平。在输出信号COLATCH为高电平时，开关COSW1的输出电平为控制电压Vcp(高电平)。
因为未检测到过充电或者充电过电流，所以输出信号HiZDO是低电平。在输出信号HiZDO为低电平时，通过开关DOSW2的导通而开关DOSW1和DOUT端子连接。
若输出信号DOLATCH从低电平切换为高电平，则输出信号HiZCO从低电平切换为高电平。在输出信号HiZCO为高电平的期间(高阻抗时间tHiZ)，开关COSW2截止，所以COUT端子成为高阻抗。经过高阻抗时间tHiZ后，输出信号HiZCO从高电平切换为低电平。
若输出信号DOLATCH从高电平切换为低电平，则DOUT端子从控制电压Vcp(高电平)切换为接地电压(低电平)。若输出信号DOLATCH从低电平切换为高电平，则DOUT端子从接地电压(低电平)切换为控制电压Vcp(高电平)。
COUT端子在输出信号HiZCO为高电平的期间(高阻抗时间tHiZ)成为高阻抗。COUT端子通过充电控制晶体管1的输入电容被维持高电平，所以充电控制晶体管1被维持在导通状态。
这样，根据本实施方式，通过使COUT端子的输出状态成为高阻抗，能够防止积蓄于充电控制晶体管1的各输入电容的电荷移动到放电控制晶体管2的各输入电容。因此，能够防止充电控制晶体管1的意外动作(瞬间的截止动作)。
此外，图4～6示出能够防止DOUT端子的输出状态通过过放电的恢复检测而从低电平成为高电平时在充电控制晶体管1产生的意外动作(瞬间的截止动作)。然而，根据上述的构成，也能够防止DOUT端子的输出状态通过放电过电流的恢复检测而从低电平成为高电平时在充电控制晶体管1产生的意外动作(瞬间的截止动作)。另外，根据上述的构成，能够防止COUT端子的输出状态通过过充电或者充电过电流的恢复检测而从低电平成为高电平时在放电控制晶体管2产生的意外动作(瞬间的截止动作)。
然而，高阻抗时间tHiZ既可以是固定值(例如，2毫秒等)，也可以是可变值。控制电路40具备可以改变高阻抗时间tHiZ的构成，从而能够根据使用的晶体管1、2的变更或者晶体管1、2的个体差别不一，来对高阻抗时间tHiZ进行微调。另一方面，通过使高阻抗时间tHiZ成为固定值，能够抑制电池保护电路10的电路规模的扩大。
图7是表示具备高阻抗时间tHiZ的调整电路的控制电路的构成例的图。调整电路48、49监视DOUT端子和COUT端子的各端子电压，在检测到阈值VthHiZ以上的端子电压的情况下，解除高阻抗。调整电路48在检测到阈值VthHiZ以上的COUT端子的端子电压的情况下，判断为COUT端子的端子电压充分上升，将开关DOSW2从截止切换为导通，并使DOUT端子的输出状态从高阻抗返回高电平。调整电路49在检测到阈值VthHiZ以上的DOUT端子的端子电压的情况下，判断为DOUT端子的端子电压充分上升，使开关COSW2从截止切换为导通，使COUT端子的输出状态从高阻抗返回高电平。
图8是表示控制电路的变形例的图。在图8中，输出信号HiZCO、HiZDO被输入到电荷泵30。电荷泵30在COUT端子和DOUT端子中一个端子的输出状态是高阻抗的期间(高电平的输出信号HiZCO或者HiZDO的输入期间)，提高用于升压的开关速度。由此，瞬间降低的控制电压Vcp迅速上升，所以能够缩短高阻抗时间tHiZ的设定值。
另外，在COUT端子以及DOUT端子的输出状态为低电平时，各晶体管的栅极－源极间的电压比该晶体管的阈值电压低即可。因此，COUT端子以及DOUT端子的输出状态为低电平时的端子电压并不局限于VSS端子的电压(接地电压)。例如，若COUT端子的电压为VDD端子的电压(电源电压Vd)，则充电控制晶体管1截止，所以COUT端子的输出状态为低电平时的端子电压也可以是与VDD端子相同的电压(电源电压Vd)。另外，例如，若DOUT端子的电压是V+端子的电压，则放电控制晶体管2截止，所以DOUT端子的输出状态为低电平时的端子电压也可以是与V+端子相同的电压。
另外，驱动电路50具有将3个状态的逻辑(高电平、低电平、高阻抗)选择性地输出到COUT端子的驱动缓冲器、和将3个状态的逻辑(高电平、低电平、高阻抗)选择性地输出到DOUT端子的驱动缓冲器。
图9是表示驱动缓冲器的第一构成例的图。图10是表示驱动缓冲器的第二构成例的图。图11是图9、10所示的驱动缓冲器的真值表。“0”、“1”、“HiZ”分别表示低电平、高电平、高阻抗。
图9所示的驱动缓冲器50A具有使输入逻辑反转并输出的逻辑反转电路51、52、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)逆变器53以及传输门54。CMOS逆变器53具有PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor：P沟道金属氧化物半导体)晶体管53a和NMOS晶体管53b。传输门54具有PMOS晶体管54a和NMOS晶体管54b。
图10所示的驱动缓冲器50B具有使输入逻辑反转并输出的逻辑反转电路55、56、CMOS逆变器58、PMOS晶体管57以及NMOS晶体管59。CMOS逆变器58具有PMOS晶体管58a和NMOS晶体管58b。CMOS逆变器58通过PMOS晶体管57的截止与控制电压Vcp(高电平电压)断开，通过NMOS晶体管59的截止与接地电压(低电平电压)断开。
另外，本实施方式中仅在输入(IN)成为高电平时成为高阻抗，所以图10所示的驱动缓冲器能够变形为图12所示的构成。图12是表示驱动缓冲器的第三构成例的图。图13是图12所示的驱动缓冲器的真值表。图12所示的驱动缓冲器50C具有使输入逻辑反转并输出的逻辑反转电路60、PMOS晶体管61以及CMOS逆变器62。CMOS逆变器62具有PMOS晶体管62a和NMOS晶体管62b。CMOS逆变器62通过PMOS晶体管61的截止与控制电压Vcp(高电平电压)断开。
这样，根据本实施方式，能够使COUT端子以及DOUT端子的各输出状态成为高阻抗，所以能够防止由电荷从输入电容放电引起的晶体管1、2的意外动作。
以上，通过实施方式对二次电池保护电路、二次电池保护装置、电池组以及二次电池保护电路的控制方法进行了说明，但本发明并不局限于上述实施方式。能够在本发明的范围内进行与其他的实施方式的一部分或者全部的组合、置换等各种变形以及改进。
例如，充电控制晶体管1和放电控制晶体管2的配置位置也可以相对于图示的位置相互置换。

Claims (6)

1.一种二次电池保护电路，使用串联地插入二次电池的正极与连接于负载或者充电器的电源端子的正端子之间的电流路径的第一NMOS晶体管以及第二NMOS晶体管来保护上述二次电池，其特征在于，
上述二次电池保护电路具备：
充电控制端子；
放电控制端子；
升压电路，其生成利用栅极与上述充电控制端子连接的上述第一NMOS晶体管以及栅极与上述放电控制端子连接的上述第二NMOS晶体管的各输入电容而升压的控制电压；
驱动电路，其将上述控制电压供给到上述充电控制端子以及上述放电控制端子，使上述充电控制端子以及上述放电控制端子的各输出状态成为高电平；
检测电路，其检测上述二次电池的状态，并输出检测状态；以及
控制电路，其使上述驱动电路基于上述检测状态进行动作，以使上述驱动电路从高电平、低电平、以及高阻抗的至少3个状态选择上述充电控制端子以及上述放电控制端子的各输出状态。
2.根据权利要求1所述的二次电池保护电路，其特征在于，
上述控制电路在将上述充电控制端子以及上述放电控制端子中的一个控制端子的输出状态从低电平切换为高电平时，将另一个控制端子的输出状态从高电平暂时切换为高阻抗。
3.根据权利要求2所述的二次电池保护电路，其特征在于，
上述控制电路能够改变从将上述另一个控制端子的输出状态切换为高阻抗到返回高电平为止的时间。
4.一种二次电池保护装置，其特征在于，
该二次电池保护装置具备：
第一NMOS晶体管，其被串联地插入二次电池的正极与连接于负载或者充电器的电源端子的正端子之间的电流路径；
第二NMOS晶体管，其被串联地插入上述电流路径；以及
二次电池保护电路，其使用上述第一NMOS晶体管以及上述第二NMOS晶体管来保护上述二次电池，
上述二次电池保护电路具备：
充电控制端子；
放电控制端子；
升压电路，其生成利用栅极与上述充电控制端子连接的上述第一NMOS晶体管以及栅极与上述放电控制端子连接的上述第二NMOS晶体管的各输入电容而升压的控制电压；
驱动电路，其将上述控制电压供给到上述充电控制端子以及上述放电控制端子，使上述充电控制端子以及上述放电控制端子的各输出状态成为高电平；
检测电路，其检测上述二次电池的状态，并输出检测状态；以及
控制电路，其使上述驱动电路基于上述检测状态进行动作，以使上述驱动电路从高电平、低电平、以及高阻抗的至少3个状态选择上述充电控制端子以及上述放电控制端子的各输出状态。
5.一种电池组，其特征在于，
该电池组具备：
二次电池；
第一NMOS晶体管，其串联地插入上述二次电池的正极与和负载或者充电器的电源端子连接的正端子之间的电流路径；
第二NMOS晶体管，其串联地插入上述电流路径；以及
二次电池保护电路，其使用上述第一NMOS晶体管以及上述第二NMOS晶体管来保护上述二次电池，
上述二次电池保护电路具备：
充电控制端子；
放电控制端子；
升压电路，其生成利用栅极与上述充电控制端子连接的上述第一NMOS晶体管以及栅极与上述放电控制端子连接的上述第二NMOS晶体管的各输入电容而升压后的控制电压；
驱动电路，其将上述控制电压供给到上述充电控制端子以及上述放电控制端子，使上述充电控制端子以及上述放电控制端子的各输出状态成为高电平；
检测电路，其检测上述二次电池的状态，并输出检测状态；以及
控制电路，其使上述驱动电路基于上述检测状态进行动作，以使上述驱动电路从高电平、低电平、以及高阻抗的至少3个状态选择上述充电控制端子以及上述放电控制端子的各输出状态。
6.一种二次电池保护电路的控制方法，该二次电池保护电路使用串联地插入二次电池的正极与连接于负载或者充电器的电源端子的正端子之间的电流路径的第一NMOS晶体管以及第二NMOS晶体管来保护上述二次电池，其特征在于，
上述二次电池保护电路具备：
充电控制端子；
放电控制端子；
升压电路，其生成利用栅极与上述充电控制端子连接的上述第一NMOS晶体管以及栅极与上述放电控制端子连接的第二NMOS晶体管的各输入电容而升压的控制电压；
驱动电路，其将上述控制电压供给到上述充电控制端子以及上述放电控制端子，使上述充电控制端子以及上述放电控制端子的各输出状态成为高电平；
检测电路，其检测二次电池的状态，并输出检测状态；以及
控制电路，其使上述驱动电路基于上述检测状态进行动作，以使上述驱动电路从高电平、低电平、以及高阻抗的至少3个状态选择上述充电控制端子以及上述放电控制端子的各输出状态。
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